CN105587948A - 配管用接头结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配管用接头结构。即使在需确保更大轴向力的情况下，也能构抑制所连接的管的前端部内径的缩小并抑制压力损失的增大。配管用接头结构具备：管，形成有第一流路并且具有第一流路的开口，在外表面具有第一密封面；连接器，形成有第二流路并且具有第二流路的开口，在内表面具有第二密封面，在外表面具有外螺纹部；及螺母，具有与外螺纹部螺合的内螺纹部，在使第一密封面与第二密封面接触的状态下将内螺纹部螺合于外螺纹部而对管与连接器进行连接。在包含第二流路的轴在内的侧面剖视图中观察配管用接头结构时，形成有外螺纹部的外螺纹部区域和第一密封面与第二密封面相接的密封区域在第二流路的轴向上分离。

Description

配管用接头结构

本申请基于2014年11月12日提出的日本专利申请2014-229863的优先权，通过参照而将其公开内容全部援引于本申请。

技术领域

本发明涉及配管用接头结构。

背景技术

图2是作为以往已知的高压配管用接头结构的一例而表示配管用接头结构100的结构的剖视示意图。配管用接头结构100具备：在内部形成有流路123的连接器120、形成有流路133的管130、用于将连接器120及管130连接的螺母140。连接器120在形成流路123的开口的一方的端部附近具有虽然形成流路123的壁面的外形的直径大致恒定，但是越接近上述端部而流路123的直径逐渐变大、形成流路123的壁面逐渐变薄的凹状部124。另外，在连接器120的流路123的开口附近的外表面上形成有外螺纹部121。管130在形成流路133的开口的一方的端部的附近形成有凸状部132，该凸状部132的形成流路133的壁面的外形的直径较大地形成，在凸状部132，形成于内部的流路133的截面的直径大致恒定，但是壁面的外形的直径朝向形成有流路133的开口的前端而逐渐缩小。螺母140具有与管130的凸状部132卡合的卡合部142，并且形成有与连接器120的外螺纹部121螺合的内螺纹部141。

在形成于连接器120的上述一方的端部的凹状部124的内表面与形成于管130的上述一方的端部的凸状部132的外表面接触的状态下，将使卡合部142与管130的上述凸状部132卡合的螺母140螺纹紧固于连接器120的外表面，由此进行配管用接头结构100的组装。由此，在上述连接器120的一方的端部的凹状部124的内表面与管130的一方的端部的凸状部132的外表面之间，能确保连接器120侧的流路123与管130侧的流路133之间的密封性(JP1998-185052)。

用于高压流体的配管用接头结构例如在用于向存储罐填充流体的配管中使用，该存储罐用于以高压存储气体等流体。一般而言，在用于高压流体的配管用接头结构中，为了得到能够长期确保接头结构的密封性的轴向力，需要将螺母充分地拧紧于连接器。因此，在连接器120的外表面上，在与螺母140的内表面重叠的整个区域设置外螺纹部121，并且为了确保充分的轴向力而施加了较大的紧固转矩。

但是，当在配管用接头结构100中增大紧固转矩而增大在连接器120处产生的轴向力时，在管130的上述一方的端部侧，管130从连接器120受到的朝向流路133的径向内侧的外力变得过大，会产生流路133的上述一方的端部的内径缩小的问题。流路133的内径缩小会使配管用接头结构100的流路阻力增大。例如，在将用于高压流体的配管用接头结构用于流体的填充用流路的情况下，配管用接头结构的流路阻力的增大会引起填充率的下降。

发明内容

本发明为了解决上述课题而作出，能够以如下的方式实现。

根据本发明的一方式，提供一种配管用接头结构。该配管用接头结构具备：管，在内部形成有供流体流动的第一流路，并且在第一端部具有上述第一流路的开口，在上述第一端部侧的外表面具有第一密封面；连接器，与上述管连接，在内部形成有与上述第一流路连接的第二流路，并且在第二端部具有上述第二流路的开口，在上述第二端部侧的内表面具有用于与上述第一密封面接触的第二密封面，在上述第二端部侧的外表面具有外螺纹部；及螺母，在内表面具有与上述外螺纹部螺合的内螺纹部，在使上述管的上述第一密封面与上述连接器的上述第二密封面接触的状态下，将上述内螺纹部螺合于上述连接器的上述外螺纹部，而对上述管与上述连接器进行连接。在包含上述第二流路的轴在内的侧面剖视图中观察上述配管用接头结构时，外螺纹部区域与密封区域在上述第二流路的轴向上分离，上述外螺纹部区域是形成有上述外螺纹部的区域，上述密封区域是上述第一密封面与上述第二密封面相接的区域。

根据该方式的配管用接头结构，即使在以可获得较强轴向力的紧固转矩将螺母安装于连接器的情况下，也能抑制连接器向径向内侧按压管的力变得过大，从而能够抑制管向径向内侧的变形(直径缩小)。其结果是，能够抑制因管径缩小而引起的配管用接头结构内的压力损失的增加。

本发明能够以上述以外的各种方式实现，例如，能够以具备配管用接头结构所使用的连接器、具备配管用接头结构的流体填充装置及氢罐，并在用于向氢罐填充氢的配管上具备配管用接头结构并且具备燃料电池作为驱动源的移动体等方式实现。

附图说明

图1是表示配管用接头结构的结构的剖视示意图。

图2是表示配管用接头结构的结构的剖视示意图。

具体实施方式

A.配管用接头结构的整体结构：

图1是作为本发明的实施方式而表示配管用接头结构10的结构的剖视示意图。配管用接头结构10具备：在内部形成有流路23的连接器20、形成有流路33的管30、用于将连接器20及管30连接的螺母40。在本实施方式中，流路33相当于用于解决课题的方案中的“第一流路”，流路23相当于用于解决课题的方案中的“第二流路”。

在本实施方式中，配管用接头结构10为了连接用于填充高压氢的配管而使用。具体而言，在具备作为驱动源的燃料电池和存储向燃料电池供给的作为燃料的氢的氢罐的燃料电池车辆中，在用于向氢罐填充氢的流路中，为了对配管之间进行连接而使用配管用接头结构10。

在图1中，以形成于连接器20的流路23的轴心为中心轴O进行表示。图1也可称为关于配管用接头结构10的包含中心轴O的侧面剖视图。在管30上安装螺母40而与连接器20连接的部位的附近，流路33的轴心与中心轴O大体一致。在以下的说明中，将与中心轴O平行的方向称为轴向，并将沿着轴向配置连接器20的一侧称为第一侧，将沿着轴向配置管30的一侧称为第二侧。

连接器20在形成流路23的开口的第二侧的端部附近形成有凹状部24。在凹状部24中，虽然形成流路23的壁面的外形的直径大致恒定，但是随着接近第二侧的端部而流路23的外径逐渐增大，形成流路23的壁面逐渐变薄。在本实施方式中，在连接器20中，将轴向第二侧也称为前端侧。在连接器20中，在流路23的前端侧的开口附近的外表面上形成有外螺纹部21。另外，在本实施方式中，连接器20的前端侧的端部相当于用于解决课题的方案中的“第二端部”。

管30在形成流路33的开口的第一侧的端部附近形成有凸状部32。在凸状部32，形成流路33的壁面的外形的直径比其他部位形成得大。另外，在凸状部32，形成于内部的流路33的截面的直径大致恒定，但是壁面的外形的直径朝着形成有流路33的开口的第一侧的端部而逐渐缩小。在本实施方式中，在管30中，将轴向第一侧也称为前端侧。另外，在本实施方式中，管30的前端侧的端部相当于用于解决课题的方案中的“第一端部”。

螺母40具有轴心与中心轴O一致的大致圆筒形状，在轴向第二侧的端部，内壁面向中心轴O侧伸出，形成与管30的凸状部32卡合的卡合部42。另外，螺母40在轴向第一侧的内壁面上形成有与连接器20的外螺纹部21螺合的内螺纹部41。

连接器20的凹状部24的内表面形成第二密封面22。另外，管30的凸状部32中的直径朝向前端侧缩小的部位的外表面形成第一密封面31。在配管用接头结构10中，第二密封面22与第一密封面31接触，由此将流路23和流路33密封。

在连接器20的凹状部24的内表面即第二密封面22与管30的凸状部32的外表面即第一密封面31接触的状态下，将使卡合部42卡合于管30的凸状部32的螺母40螺纹紧固于连接器20，由此进行配管用接头结构10的组装。由此，在配管用接头结构10中产生充分的紧固力(轴向力)，在第二密封面22与第一密封面31之间能确保流路23及流路33的密封性。

在本实施方式中，连接器20、管30及螺母40由例如SUS316L等奥氏体系不锈钢形成。奥氏体系不锈钢与其他种类的不锈钢、碳钢等铁合金等相比，对于氢脆的耐性高，特别适合作为氢配管的构成材料。在此，螺母40是不直接与氢相接的部件，因此也可以由奥氏体系不锈钢以外的材料构成。但是，当将螺母40设为氧化速度与连接器20及管30不同的部件(所谓比连接器20及管30活泼、或稳定的部件)时，会加剧连接器20及管30或螺母40的腐蚀，配管用接头结构10整体的耐久性有可能下降。因此，优选的是连接器20、管30及螺母40都由相同的金属材料构成。另外，若对于氢脆的耐性在容许范围内，则上述各部件也可以使用奥氏体系不锈钢以外的不锈钢、碳钢等其他种类的合金，并根据需要而实施涂敷。

B.配管连接部的结构：

在本实施方式的配管用接头结构10中，设于连接器20的外螺纹部21的轴向第二侧(连接器20的前端侧)的端部的位置相对于连接器20的轴向第二侧的端部(连接器20的最前端的位置)，向轴向第一侧(连接器20的后端侧)分离。在图1中，将外螺纹部21的轴向的前端侧的端部的位置表示为位置A，将连接器20的最前端的位置表示为位置C。

另外，在本实施方式的配管用接头结构10中，管30的轴向第一侧的端部(管30的最前端的位置)相对于设于连接器20的外螺纹部21的轴向第二侧(连接器20的前端侧)的端部的位置A，向轴向第二侧分离。在图1中，将管30的最前端的位置表示为位置B。

在图1的侧面剖视图中，在连接器20中，将形成有外螺纹部21的区域即外螺纹部区域沿着与轴向垂直的方向投影，并表示为区域X。另外，在图1中，将第二密封面22与第一密封面31相接的区域即密封区域沿着与轴向垂直的方向投影，并表示为区域Y。如图1所示，在本实施方式中，区域X与区域Y相互分离。

在图1中，此外，示意性地示出在配管用接头结构10中对螺母40进行紧固而产生紧固力(轴向力)时，在连接器20内产生的径向的应力的轴向的分布。如图1所示，在螺纹紧固时，一般已知在外螺纹部21中，通过与螺母嵌入的一侧(轴向第二侧)的端部接近的螺纹牙(从轴向第二侧的端部起的第一～第几个螺纹牙)来承受大部分的极大的载荷(应力成为最大)。即，在连接器20内产生的径向的应力从轴向第一侧(后端侧)朝向第二侧(前端侧)逐渐变大，在外螺纹部21中的接近第二侧的端部的螺纹牙处表现出峰值。在比应力成为峰值的位置靠前端侧的位置，在连接器20内产生的应力的大小急剧减小，在比外螺纹部21的第二侧的端部更靠前端侧的位置，应力与峰值相比变得极小。

在配管用接头结构10中，当进行螺母40的紧固时，在上述密封区域Y处与管30相接的连接器20对管30施加朝向径向内侧(中心轴O)的力。由此，第二密封面22与第一密封面31相互紧贴，在两者之间实现密封性。在连接器20内产生的径向的应力越大，则第二密封面22按压第一密封面31的力越大。

如上所述，在本实施方式中，外螺纹部21的轴向第二侧的端部(外螺纹部21的前端)的位置A与管30的轴向第一侧的端部(管30的前端)的位置B相比配置在更靠第一侧的位置。因此，由连接器20对管30施加的朝向径向内侧的力(与轴向的位置B至位置C的范围中产生的应力对应的力)与对应于紧固力(轴向力)而得到的峰值应力相比极小。另外，虽然在第二密封面22与第一密封面31相接的部位产生的应力与峰值应力相比极小，但在本实施方式中，通过管30的前端的凸状部32的外形、连接器20的前端的凹状部24的外形的设计，而确保了充分的密封性。

根据以上那样构成的本实施方式的配管用接头结构10，在包含流路23的中心轴O在内的侧面剖视图中，在连接器20中设有外螺纹部21的位置与配置管30的位置在轴向上分离一定距离。因此，即使在以较强的紧固转矩将螺母40安装于连接器20的情况下，也能够抑制连接器20向径向内侧按压管30的力变得过大，从而能够抑制管30向径向内侧的变形(直径缩小)。其结果是，能够抑制因管30的直径缩小而引起的配管用接头结构10内的压力损失的增加，能够抑制因压力损失的增加而引起的、以高压向氢罐填充氢时的填充率的下降或者向氢罐填充氢时的填充时间的延长。

与此相对，例如如图2所示，连接器的外螺纹部设置在连接器与螺母重叠的区域的整体上，在连接器的外螺纹部与管在沿着与轴向垂直的方向投影时相互重叠的情况下，在连接器中应力成为峰值的位置或者其附近的位置，连接器向径内侧按压管。在这种情况下，与由紧固产生的极大紧固力(轴向力)对应的力被施加于管，管的直径缩小。根据本实施方式，能够抑制这种不良情况。

另外，如上所述，在本实施方式中，在供氢流动的配管中使用配管用接头结构10，并由奥氏体系不锈钢来形成管30。奥氏体系不锈钢具有硬度比其他种类的不锈钢等铁合金低的性质，因此通过施加朝向径向内侧的力，容易使管30的直径缩小。在本实施方式中，如上所述，能够抑制从连接器20对管30施加的朝向径向内侧的力，因此在将配管用接头结构10应用于氢配管，并由奥氏体系不锈钢形成管30的情况下，能够特别显著地得到抑制因管30的直径缩小而引起的压力损失增大的效果。

此外，在本实施方式中，如上所述，即使对应于紧固力(轴向力)而得到的峰值应力较大，也能够抑制从连接器20对管30施加的朝向径向内侧的力。因此，即使为了得到更大的轴向力而增大紧固转矩，也能够抑制管30的直径缩小。在配管用接头结构10中，考虑到使用环境的温度、振动或者腐蚀的影响，为了长期确保配管的密封性，在配管用接头结构10的组装时需要得到极大的轴向力。即，作为使用环境的温度条件，例如，需要能够应对以-40℃左右急速填充氢的情况、在高温环境下由于使用燃料电池车辆而车辆的构成部件的温度超过100℃的情况等。另外，在车辆的行驶时始终受到振动的影响。另外，伴随着长期使用，在配管用接头结构10的构成部件中腐蚀不断发展。由于上述影响，配管用接头结构10的轴向力逐渐变弱，因此为了长期确保配管的密封性，在配管用接头结构10的组装时，需要预先确保更大的轴向力。在本实施方式的配管用接头结构10中，能够抑制管30的直径缩小，并通过更大的轴向力进行紧固，来提高配管的密封性的可靠度。

另外，在本实施方式中，在第二密封面22与第一密封面31相接的部位产生的应力为了确保配管的密封性而需要设为充分的大小，但是通过将螺母40紧固时的轴向力具体而言紧固转矩设定为充分大，能够容易地确保在上述密封面上所需的应力。因此，若为了得到所需要的轴向力而设定紧固转矩，无需为了在上述密封面上确保所需要的应力而严格地管理紧固转矩，在制造工序中，能够实现紧固动作的管理的容易化。

另外，在本实施方式中，通过抑制管30的直径缩小，而能够得到抑制在配管中产生的异常噪音的效果。即，当管30的直径缩小时，因流体的流动受到妨碍而产生紊流，由于紊流而会产生流动音(异常噪音)。当这种流动音通过配管而传递至车室内时，有可能引起乘员的不快感、不安感。在本实施方式中，通过抑制管30的直径缩小，能够抑制这种不良情况的产生。

此外，根据本实施方式的配管用接头结构10，即使在对管30的根部施加较大的负载的情况下，也能够抑制配管用接头结构10的密封性的下降。即，在本实施方式中，在连接器20的前端部设有凹状部24，在连接器20中与管30的前端部(第一密封面31)相接的部位在沿与轴向垂直的方向投影时与外螺纹部21不重叠，并成为壁厚比其他部位薄的部位(以下，也称为薄壁部)。这样，连接器20的具有第二密封面22的部位未由螺母40固定，因此在与管30的前端相接而维持密封性的状态下能够进行移动。因此，即使在对管30的根部施加了较大的外力的情况下，管30的前端也与连接器20的前端的上述薄壁部一体地移动，由此能够释放使所施加的外力。

在图1中，对管30的根部施加外力的情况由空心箭头Z表示。管30是具有挠性的部件，因此即使施加外力，通过管30自身进行移动也能够释放外力。但是，在对管30的根部，即管30的与螺母40连接的连接部的附近施加外力的情况下，管30由螺母40固定，因此在由螺母40固定的部位，无法通过管30自身移动而释放外力。例如，在外螺纹部21设置至连接器20的前端，连接器20的前端部整体由螺母40固定的情况下，在对管30的根部施加外力时，管30的前端部无法与连接器20前端的薄壁部一体地移动而释放外力。这样将连接器20的薄壁部固定的情况下，仅管30的前端部移动而释放外力，由此第二密封面22与第一密封面31错开，密封性能有可能下降。根据本实施方式，由于设有能够以与管30前端相接的状态移动的薄壁部，因此能够抑制这种不良情况。

另外，在本实施方式中，外螺纹部21的前端是在外螺纹部21中在形成于最前端的螺纹牙的前端侧形成的谷底的位置。

C.变形例：

·变形例1：

在上述实施方式中，在管30的包含前端的区域形成有第一密封面31，但也可以设为不同的结构。例如，也可以在管30的前端部，在形成第一密封面31的部分的更前端侧的位置，进一步设置如下结构：与连接器20不相接而不会受到连接器20的按压力，对于因连接器20的按压力而引起的直径缩小并不起作用。在这种情况下，在连接器20中形成有外螺纹部21的外螺纹部区域X、第二密封面22与第一密封面31相接的区域即密封区域Y通过满足上述位置关系，而能够得到与实施方式相同的效果。

·变形例2：

在实施方式中，将配管用接头结构10安装于燃料电池车辆中的氢填充用的配管，但也可以设为不同的结构。例如，除了车辆以外的移动体之外，还可以应用于内部具备氢罐的各种装置。另外，在供氢以外的流体流动的配管中，也可以应用与实施方式相同的配管用接头结构。

本发明并不限于上述实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，能够对记载于发明内容一栏的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征适当进行替换、组合。另外，该技术特征在本说明书中只要不是作为必要的特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (1)

1.一种配管用接头结构，具备：

管，在所述管的内部形成有供流体流动的第一流路，并且在第一端部具有所述第一流路的开口，在所述第一端部侧的外表面具有第一密封面；

连接器，与所述管连接，在所述连接器的内部形成有与所述第一流路连接的第二流路，并且在第二端部具有所述第二流路的开口，在所述第二端部侧的内表面具有用于与所述第一密封面接触的第二密封面，在所述第二端部侧的外表面具有外螺纹部；及

螺母，在所述螺母的内表面具有与所述外螺纹部螺合的内螺纹部，在使所述管的所述第一密封面与所述连接器的所述第二密封面接触的状态下将所述内螺纹部螺合于所述连接器的所述外螺纹部，而对所述管与所述连接器进行连接，

在包含所述第二流路的轴在内的侧面剖视图中观察所述配管用接头结构时，外螺纹部区域与密封区域在所述第二流路的轴向上分离，所述外螺纹部区域是形成有所述外螺纹部的区域，所述密封区域是所述第一密封面与所述第二密封面相接的区域。